AIM3D: Gleichmäßige Festigkeiten von Bauteilen im 3D-Druck generieren

Neuer 3D-Granulattdrucker mit größerem Bauraum und höherer Aufbaugeschwindigkeit – (Bild: AIM3D).

Mit dem zum Patent angemeldeten Voxelfill-Verfahren will AIM3D inhomogene Festigkeiten 3D-gedruckter Produkte vermeiden und definierte selektive Dichten ermöglichen. Daneben soll zur K 2022 die Anage Exam 510 mit größerem Bauraum vorgestellt werden.

Schichtbasierte Bauteile weisen inhomogene Festigkeitswerte auf. Das bringt Probleme bei Zug- und Biegefestigkeiten und ein sprödes Verhalten entlang der Z-Achse. Unter Einsatz der 3D-Extrusionstechnologie des CEM-Verfahrens entwickelte AIM3D die Voxelfill-Strategie, die diese Einschränkungen überwinden und die Wirtschaftlichkeit des CEM-Verfahrens steigern soll. Das Verfahren sei zudem anwendbar bei Multimaterialbauteilen und eigne sich grundsätzlich für die Werkstoffgruppen Kunststoff, Metall und Keramik zum Aufbau von 3D-Bauteilen.

Zweistufiges Verfahren
Beim Voxelfill-Ansatz werden Bauteile nicht mehr ausschließlich schichtweise (also 2,5-dimensional) aufgebaut, sondern durch Einsatz so genannter Voxeln als Volumenbereiche schichtübergreifend gefüllt. Das Verfahren besteht aus zwei Stufen: Zunächst wird die Gitterstruktur generiert. Die CEM-Anlage wiederholt diesen Aufbau bis zu einer definierten Höhe der Volumenelemente, bis der Extruder die Hohlräume (Voxel) durch Einspritzen des thermoplastischen Materials füllt. Bei Füllung der Volumenbereiche werden nicht alle Voxel in einer Ebene gefüllt. Dies hätte erneut eine Schwachstelle in Z-Richtung in der „Naht-Ebene“ zur Folge. Durch Versetzen der Volumenelemente in halber Höhe der Voxel wird eine Art Verbund im Bauteil erzeugt. Die Bruchlinie wird also versetzt. Dies bewirke eine Festigkeitserhöhung und verbessere die Elastizität der Bauteile in Z-Richtung. Außerdem reduzieren die eingebrachten Volumenelemente die Druckzeit für vollgefüllte Bauteile und steigern damit die Wirtschaftlichkeit des CEM-Verfahrens.

Bei der Voxelfill-Strategie werden Voxel-Hohlräume (Bauteilkontur und Innenwände) gedruckt und dann mit Material selektiv gefüllt – (Bild: AIM3D).

Ausblick auf die Potentiale von Voxelfill
Variationen der Voxelfill-Strategie ermöglichen den Einsatz von unterschiedlichen Materialien: Hybride Multimaterial-Lösungen mit unterschiedlichen Füllmaterialien und Baumaterialien für die Kontur und Struktur der Innenwände werden möglich. Bauteilgewicht, Dämpfungseigenschaften, Schwerpunktmanipulationen oder Elastizitäten können, abgestimmt auf die Anwendung, definiert werden. Durch gezieltes Füllen nur definierter Volumenkammern (selektive Dichten) können die Bauteileigenschaften gezielt beeinflusst werden. So ist es möglich, nur die Bereiche eines Bauteils zu füllen, die für den Kraftfluss erforderlich sind. Im Ergebnis sind diese Bauteile optisch klassische Bauteile, auch mit allen Vorteilen für die Nachbearbeitung, obwohl der 3D-Druck material- und gewichtsreduziert läuft. Bei Einsatz faserverstärkter Werkstoffe besteht die zusätzliche Option, die Fasern im Bauteil gezielt auszurichten, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. In der Ebene ermöglicht das CEM-Verfahren bereits gute Möglichkeiten, die Orientierung der Fasern zu steuern. Dies betrifft die Kontur und die Innenwände des Bauteils. Durch das Einspritzen des Materials in die Volumenkammern erhält das 3D-Bauteil ebenfalls Fasern, die in der Z-Achse ausgerichtet sind und verbessert so zusätzlich die mechanischen Eigenschaften.

Maschine mit mehr Bauraum
Der neue Granulatdrucker Exam 510, der bis zu drei Werkstoffe parallel aufbauen kann, soll neben dem größeren Bauraum auch höhere Baugeschwindigkeiten bieten. Der erweiterte Bauraum misst 510mm x 510mm x 400mm und ist bis 200ºC temperierbar, um die Spannungen im Bauteil zu reduzieren und Hochleistungswerkstoffe zu verarbeiten. Das ermöglicht es, Materialien wie PEEK, PEI, PSU, PPS, mit und ohne Faserfüllung, zu verarbeiten. Die Aufbaugeschwindigkeit liegt, in Abhängigkeit vom Werkstoff, bei maximal 250 cm³/h (bei Verwendung einer 0,4 mm Düse). Diese Extruder-Klasse ermöglicht, so der Anbieter, eine bis zu zehnfach höhere Austragsrate als marktgängige Filament-Extruder.

K 2022, 19.-26. Oktober 2022, Düsseldorf, Halle 4, Stand A08

Weitere Informationen: www.aim3d.de

AIM3D, Rostock

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